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动态信号数据采集系统设计
岳林
（南阳理工学院 机电工程系）
[摘 要]：本文以LabVIEW为开发平台，配以NI公司的6009数据采集卡，构建了振动
试验台动态信号数据采集系统，实现了对振动、转速、转子轴心轨迹的等多种参数的实时监测、信号分析与处理、显示和数据保存，同时该系统测试结果与实验台自带软件的测试结果保持了良好的一致性。
[关键字]：动态信号；数据采集；LabVIEW；虚拟仪器；测试技术
Design of Dynamic Signal Sampling System
YUE Lin
（The Mechanical and Electrical Engineering of Nanyang Institute of Technology） Abstract：Based on the development platform of LabVIEW, matched with NI USB- 6009 data acquisition card, this paper constructs the vibration test experimental data acquisition system, which realizes the rotor speed, vibration, the axis path various parameters of the real-time monitoring, signal analysis and processing, and data storage, the system test results and experimental software testing results of bringing good consistency.
Key word: Dynamic signal data acquisition; LabVIEW; virtual instrument; Testing Technology
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1引言
LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）的简称，是美国国家仪器公司（NATIONAL INSTRUMENTS，简称NI）的创新软件产品，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境。LabVIEW具有强大的图形化编程语言（G语言），可以编写满足任何形式的测试与控制要求的可视化程序。LabVIEW包括齐全的用于数据采集、分析、显示、存储数据、调试代码的工具。利用LabVIEW，可以和诸如数据采集设备、图像设备、运动控制设备、等硬件进行通信，也可以和GPIB、PXI、VXI、RS-232、RS-485仪器通信。并且，NI也提供了一款配置管理软件Measurement and Automation Explorer，方便与硬件进行交互，并且无需编程就能实现数据采集功能；还能将配置出的数据采集任务导入LabVIEW，自动生成LabVIEW代码。
2 数据采集系统构成
一个完整的信号测试系统一般由原始信号、信号调理电路、数据采集设备和计算机四个部分构成。如图2-1所示：
图2-1 数据采集系统的基本组成
但有的时候，自然界中的原始物理信号并非直接可测的电信号，所以，传感器是信息采集的首要部件，是实现数据采集系统搭建的首要环节，对于不同的被测信号选择合适的传感器将起到事半功倍的效果。在振动试验台动态数据采集过程中，使用了四个传感器，分别是：光电转速传感器、压电晶体位移传感器、涡流位移传感器。
振动试验台动态数据采集系统中，信号调理设备使用试验台自身的电荷电压放大模块。
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NI公司USB-6009数据采集卡采用USB接口技术，支持即插即用，驱动程序为自带的DAQ8.7.1。使用数据线即可实现数据采集卡与PC机的链接。
表1详细描述了I/O连接器的可用信号。
表1 各I/O接口可用信号
按照上述表格的的内容进行接线后的NI USB-6009采集卡可以从Measurement & Automation中找到相应的可用设备通道。点击自检按钮，可以查看数据采集卡各通道是否正常工作。在此次课题设计中，使用四个差分接口采集四个动态的模拟信号，对应与接口2、3，5、6,8、9,11、12四对模拟输入通道。
3振动试验台外围电路搭建
本课题以北京东方振动和噪声技术研究所开发的振动试验台为基本硬件平台，依靠传感器测量轴承座的振动、电机转速，转轴的轴心轨迹四个动态信号，如图3-1所示，其中1为压电加速度传感器，2为光电转速传感器，3、4为XY轴位移传感器。四个传感器输出的电压信号经过电压电荷放大设备进入数据采集卡，数据采集卡将采集到的模拟信号转换为计算机可以接受的数字信号供给对应程序处理，
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1 2 3,4
1：压电加速度传感器；2：光电转速传感器；3，4：涡流位移传感器；
图3-1：振动实验台
4测试程序
4.1振动测试程序
旋转机械轴承座的波形、振幅和频率是反映旋转机械的重要特征量。通过振动
的幅度可以判断设备状态；通过振动的波形可以分析设备的故障；而通过振动的频谱分析是目前最成熟的设备故障诊断技术。
拾取振动信号的常用传感器是压电晶体传感器。振动信号经过快速傅里叶变换分解为单一的谐波分量，可以得到振动的频谱。图3-2是系统软件的结构图，如图所示，使用DAQ采集助手和相应的硬件设备，我们将振动信号采进计算机中，通过数字滤波滤除信号中的噪声和不需要的频率成分。为了减少或抑制频率泄露，采用加窗处理。
此外，在程序框图中加入FFT（快速傅里叶变换）VI，以求得信号的实时频率谱，方便对信号的分析，此VI位于信号处理>>信号分析中，具体程序框图如图3-3所示：
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